Андрей Морозов
В представлении искусственного интеллекта воскрешенные мамонты (или слоны-мутанты) могут выглядеть не совсем так, как мы обычно думаем. Иллюстрация сгенерирована нейросетью Kandinsky 3.0
Сегодня уже мемом стали слова о глобальном потеплении. Но с геологической точки зрения мы живем… в ледниковом периоде. Он начался примерно 2,6 млн лет назад и продолжается до сих пор. Так что глобальное потепление, которое, несомненно, зафиксировано, – это всего лишь слабая флуктуация в геохронологии нашей планеты. Еще раз: мы живем в ледниковом периоде с глобальным потеплением.
Шестое голоценовое
За эти 2,6 млн лет в биосфере планеты произошло много изменений. Влияние ледникового периода на биосферу и климат огромно: появились новые виды, которые смогли приспособиться к экстремальным условиям. Например, рысь, белый медведь, другие виды хищных животных развили специфические адаптационные механизмы, позволяющие им выживать в холодных и безжизненных районах. Но параллельно происходили волны массового вымирания флоры и фауны. Так, сегодня происходит шестое – голоценовое вымирание.
Эпоха голоцена началась около 12 тыс. лет назад. В современной науке сложился почти консенсус: нынешнее голоценовое вымирание – почти исключительно результат увеличившейся антропогенной нагрузки на биосферу. Что неудивительно. По некоторым оценкам, сегодня общая биомасса млекопитающих на планете насчитывает около 0,17 гигатонн; пару десятков тысяч лет назад этот показатель составлял 0,04 Гт. С дикими наземными млекопитающими, к которым можно отнести и первых представителей рода Homo, картинка еще более кричащая: 0,003 Гт и 0,02 Гт соответственно.
За последние 500 лет с лица Земли исчезло почти 900 видов животных. Согласно недавнему отчету ООН, биоразнообразие сокращается на Земле потенциально в сотни раз быстрее, чем в среднем за последние 10 млн лет. Из тех видов, что достаточно изучены, более 25% сегодня либо находятся на грани исчезновения сейчас, либо под угрозой исчезновения в ближайшем будущем.
Как бы там ни было, возможно, самый интригующий период переживаемого нами ледникового периода – поздний плейстоцен (100–10 тыс. лет назад). Дело в том, что именно на этом временном интервале развития биосферы сформировалась так называемая мамонтовая фауна – комплекс млекопитающих, обитавших в Евразии и Северной Америке в особых биоценозах – тундростепях. Королями, не знавшими себе конкурентов в этих биоценозах, были шерстистые мамонты (Mammuthus primigenius). Причем этот вид застал еще строительство египетских пирамид: вымерли шерстистые мамонты около 4 тыс. лет назад…
И вот в середине марта 2024 года специалисты американской биотехнологической компании из Далласа Colossal Biosciences объявили о существенном прорыве в проекте по возрождению – так и хочется сказать воскрешению! – шерстистого мамонта. Результаты работы опубликованы на сервере научных препринтов bioRxiv. Задача стартапа Colossal Biosciences, основанного технологическим предпринимателем Беном Ламмом и генетиком Джорджем Черчем, – не просто клонирование древнего (вымершего несколько тысяч лет назад!) млекопитающего, а создание генетически модифицированного азиатского слона, обладающего основными биологическими чертами и устойчивостью к холоду своего исчезнувшего родственника, шерстистого мамонта. Полученное животное не будет точной копией мамонта, но оно будет внешне похоже на него и сможет обитать в аналогичных экосистемах, полярных и заполярных тундростепях.
Шерстистый мутант
Ключевым достижением американских ученых стало создание первой в мире успешной методики получения индуцированных плюрипотентных стволовых клеток (iPSC) азиатских слонов. Эти клетки способны неограниченно размножаться, и теоретически их можно заставить превращаться (репрограммировать) в любой тип клеток в теле организма. Именно это и делает их важным элементом в проектах возрождения биологических видов, не только шерстистых мамонтов.
«В прошлом многочисленные попытки получить iPSC слонов не увенчались успехом. Слоны – особенные животные, и мы только начинаем изучать их фундаментальную биологию, – объясняет Эриона Хисолли, руководитель отдела биологических наук в Colossal. – Это важно, потому что iPSC были получены для многих видов с использованием более или менее одной и той же формулы репрограммирования. Но для слонов эти попытки не увенчались успехом или были недостаточны».
Обозреватель журнала Nature Юэн Кэллвуэй в связи с работой Colossal Biosciences напоминает: «18 лет назад исследователи показали, что клетки кожи мыши можно перепрограммировать, чтобы они действовали как эмбриональные клетки. Эти индуцированные плюрипотентные стволовые (iPSС) клетки могут дифференцироваться в любой тип клеток животного». Также они были получены для нескольких других видов животных, в том числе находящихся на грани исчезновения: снежных барсов (Panthera uncia), суматранских орангутанов (Pongo abelii) и японских куропаток (Lagopus muta japonica)… Однако для таких видов, как слоны и киты, создание iPSC оставалось недостижимой задачей.
Коротко говоря, биотехнологам и генетикам Colossal Biosciences первым удалось перевести клетки слонов в эмбриональное состояние. Принципиально дальнейшее направление работы ученых понятно. Они берут клетки слона и превращают их в iPSC с помощью специальных химических факторов. Затем некоторые гены слона заменяют на гены шерстистого мамонта, которые были восстановлены из ДНК, извлеченной из останков этого вымершего животного. Как отмечает в Nature Юэн Кэллвуэйв, «Исследователи создали четыре линии iPS-клеток слона. Клетки выглядели и вели себя как iPS-клетки других организмов: они могли образовывать клетки, составляющие три «зародышевых слоя», из которых состоят все ткани позвоночных». «Мы действительно отчаянно ждали этих событий», – не скрывает своих эмоций соучредитель Colossal Джордж Черч.
Таким образом, ученые хотят получить эмбрион гибридного существа, которое будет иметь черты обоих видов. Этот эмбрион имплантируется в матку суррогатной матери – современной слонихи, которая должна выносить и родить потомка. А ближайшие ныне живущие родственники шерстистых мамонтов – азиатские слоны (Elephus maximus), которых можно было бы генетически модифицировать, чтобы они имели фено- и генотип достаточно близкий к своим вымершим родственникам. По некоторым оценкам, на генетическом уровне азиатские слоны и мамонты схожи на 99%.
По словам Эрионы Хисолли, к характерным особенностям мамонтов относилась не только их шерсть, но и жировые отложения, изогнутые бивни и куполообразная форма черепа. За счет этого огромные животные процветали в арктическом климате.
Если у исследователей получится произвести эмбрион шерстистого мамонта путем слияния ДНК древнего мамонта с клетками слона, им надо будет имплантировать этот эмбрион суррогатной матери-слонихе. Кстати, беременность у слонов длится 22 месяца. «Беременность у слонов очень долгая и сложная, поэтому очень важно понимать биологический аспект биологии развития слонов», – подчеркивает Хисолли.
Впрочем, чтобы избежать необходимости вынашивания таких мутантных эмбрионов стадами азиатских слонов, Джордж Черч полагает, что будут использоваться искусственные матки. «Мы не хотим вмешиваться в естественное воспроизводство исчезающих видов, поэтому пытаемся увеличить масштабы вынашивания in vitro», – приводит его слова Nature.
|
|
Полностью истребленный нелетающий голубь, маврикийский дронт, – один из первых претендентов на воскрешение после мамонтов. Фото со страницы Фабио Паолери в Flickr |
Здесь можно напомнить, откуда вообще взялась ДНК мамонта.
В солидном журнале PLoS Biology 7 февраля 2006 года была опубликована статья с результатами работы, выполненной группой российских и американских генетиков под руководством профессора Евгения Рогаева. Статья посвящена расшифровке (секвенированию) полной последовательности митохондриальной ДНК (мтДНК) мамонта.
Незадолго перед этим немецкие ученые под руководством мэтра палеогенетических исследований, шведа Сванте Паабо (в 2022 году Паабо был удостоен Нобелевской премии по физиологии и медицине – «За открытия, связанные с геномами вымерших гоминин и эволюцией человека) представили результаты расшифровки фрагмента митохондриальной ДНК (мтДНК) мамонта длиной около 5 тыс. нуклеотидов.
А вот Рогаеву и его коллегам из нескольких научных учреждений России и США удалось расшифровать полную последовательность мтДНК мамонта (16 842 нуклеотида). Это стало возможным благодаря исключительной сохранности ноги мамонта, обнаруженной в 1986 году в вечной мерзлоте на Чукотке. Конечность шерстистого мамонта сохранилась настолько хорошо, что при микроскопических исследованиях в ней были различимы даже ядра клеток, а в ядрах – ядерная (хромосомная) ДНК. Это был первый случай обнаружения ядерной ДНК у столь древнего животного.
По оценкам специалистов Института общей генетики РАН, возраст найденных в 1986 году останков мамонта примерно 31 950–33 750 лет. На тот момент этот мамонт представлял собой вообще самый древний из образцов млекопитающих, для которых удалось секвенировать ДНК. Опубликованные ранее исследования, выполненные немецкими палеогенетиками на останках мамонта из Якутии возрастом 12 170 лет и канадцами на другом мамонте, с Таймыра, – 27 740 лет. К тому же в этих исследованиях изучались другие гены, не из мтДНК.
Митохондриальная ДНК особенно удобна как раз для эволюционных реконструкций, поскольку передается только по материнской линии и не рекомбинирует (то есть отцовские гены не перемешиваются с материнскими). В работе Рогаева и его коллег использовались уникально длинные фрагменты ДНК – 1600–1700 пар нуклеатидов. Они были получены с помощью полимеразной цепной реакции (ПЦР), позволяющей получить значительное число копий гена.
Любопытный результат того исследования. Фактически палеогенетикам удалось установить эволюционное родство между вымершими мамонтами. Другими словами, по-видимому, сибирские мамонты имели упрощенную популяционную структуру и в отличие от современных слонов представляли собой как бы единую большую семью, не подразделенную на какие-то отдельные кланы или субпопуляции.
«Анализ полной последовательности ДНК митохондрий для реконструкции истории эволюции животных может стать наиболее эффективным методом определения родства между вымершими и ныне существующими видами, а также в судебной медицине или в анализе «исторических» образцов, – отмечал тогда профессор Рогаев. – Однако лишь совокупные данные исследований митохондриального и ядерного геномов могут дать полную информацию об эволюции видов. Учитывая уникальное качество некоторых экземпляров мамонтов, найденных в Сибири, ядерная ДНК потенциально может быть выделена и использована для дальнейшего подтверждения результатов нашего исследования»…
Что касается сегодняшних исследований, то скорее всего с генетическим материалом шерстистых мамонтов проблем не будет.
В порядке общей очереди
Стартап Colossal Biosciences – компания молодая, основана в 2021 году, но суперамбициозная. Если все задуманное учеными пойдет по намеченному плану, то человечество сможет увидеть живых мамонтов, пасущихся где-нибудь на Аляске, уже в 2028 году. Или, точнее говоря, максимально близкого к шерстистому мамонту мутанта азиатского слона.
Но в планах Colossal Biosciences не только воспроизведение шерстистых гигантов. Кроме того, компания занимается возрождением тасманийского тигра (сумчатого волка) и легендарной птицы додо. Если от тасманийского тигра остались чучела и фотографии (последний дикий сумчатый волк был убит 13 мая 1930 года, а в 1936 году в частном зоопарке в Хобарте умер от старости последний представитель этого вида, содержавшийся в неволе), то от додо (нелетающего голубя) не осталось даже этого.
Полное биологическое название додо – маврикийский дронт. Это была крупная, высотой до метра, нелетающая птица. Дронт обитал на острове Маврикий (Маскаренские острова) в Индийском океане. Существовало три вида этого нелетающего голубя величиной с индюка.
Не сохранилось ни одного экземпляра чучела додо (были ли таковые – тоже вопрос). В гибели беззащитных додо повинны голландские моряки, которые первыми из европейцев и увидели эту птицу, когда высадились на остров для пополнения запасов воды и свежего мяса. Завезенные ими на Маврикий животные – свиньи, обезьяны, крысы, собаки и кошки – разоряли наземные гнезда додо. Считается, что маврикийский дронт был полностью уничтожен всего за 10 лет – с 1680 по 1690 год.
Ученые предполагают, что предки додо были вполне нормальными летающими птицами. Но, добравшись однажды до Маврикия, они нашли там настолько благоприятную среду обитания (изобилие пищи, отсутствие хищников), что потребность в полетах оказалась излишней. Короткие крылья додо, тяжелое и неловкое тело, слишком маленькая грудная кость при мощной грудной мускулатуре – все подтверждает данную гипотезу.
В Москве в Государственном Дарвиновском музее на выставке редких, вымерших и вымирающих животных «Исчезающий мир» в 1999 году демонстрировался отреставрированный скелет дронта. Ученым известны считаные единицы скелетов и костей этой вымершей птицы, а экземпляр Дарвиновского музея – единственный в России.
Именно тогда, в 1999 году, британские ученые объявили о программе воссоздания – с использованием сохранившегося генетического материала – исчезнувшего животного вида. В качестве первого объекта выбрана птица дронт (додо). Дронт – персонаж национального почитания для жителей Туманного Альбиона. Таковым он стал в качестве одного из героев культовой книги Льюиса Кэрролла «Алиса в Стране чудес».
Четверть века назад научные сотрудники Дарвиновского музея на вопрос о перспективах проекта английских ученых высказывали серьезные сомнения в его благополучном исходе. Во-первых, очень мала вероятность, что хорошо сохранилась такая сложная трехмерная структура, как ДНК. По словам сотрудников музея, даже из туш мамонтов, пролежавших в вечной мерзлоте, не удается выделить неповрежденные ДНК – все они «переломаны». А во-вторых, ДНК сама по себе не реплицируется. Чтобы запустился процесс ее деления, нужно соответствующее окружение – цитоплазма и прочие органеллы живой клетки…
Но, как видим, с «переломанностью» ДНК мамонта ученые справились. И хотя о ходе реализации британской программы возрождения додо сведений мало, планы Colossal Biosciences уже не выглядят «фантастикой дальнего прицела». Очень вероятно, что американским ученым повезет больше, чем их английским коллегам 25 лет назад и они найдут средства для запуска биологической программы репликации, пусть части, ДНК дронта. Принципиальных же технологических ограничений для процесса клонирования нет. Основные этапы операции могут выглядеть так.
Из остатков костного материала додо специальными методами делают выжимку; помещают ее в физиологический раствор и вымывают все лишнее. Затем отбирают хорошо сохранившиеся клетки и «выколупывают» из них ядра (именно ядерные ДНК предпочтительнее в генетических манипуляциях). Полученные таким образом ядра пересаживают в яйцеклетки… коров, предварительно лишенные родных ядер (с яйцеклетками коров удобнее работать: они большие по размерам, налажена технология их производства, существуют банки таких клеток)...
Анонимное бессмертие
Конечно, на шерстистых мамонтах, тасманийских тиграх и маврикийских дронтах человечество не остановится. Буквально напрашивается: почему бы не вернуть на эволюционную лестницу еще хотя бы один вид Homo sapiens – Homo sapiens neanderthalensis, например? Если оставить пока в стороне биоэтические вопросы (хотя, возможно, они-то и будут самыми интригующими и определяющими), то можно отметить, что все начальные условия для этого уже созданы.
ДНК неандертальцев прочитаны (и не только неандертальцев, денисовцев, например, тоже). Уже во второй половине 90-х годов прошлого века в США можно было купить искусственную печень, собранную специалистами биотехнологических компаний из фетальных (зародышевых) клеток.
А в 2002 году компания Advanced Cell Technology (ACT) объявила о разработке технологии, позволяющей создавать практически любую ткань тела из яйцеклетки. Совместно с учеными из Университета Wake Forest специалисты АСТ создали линию стволовых клеток. (Интересно, что среди других клеток, полученных на основе этой линии, были и нервные клетки, вырабатывающие дофамин.) «Создан банк «прародительских клеток», которые не имеют фамилии, имени, отчества и пребывают как бы с «временной пропиской» в каждом организме, – подчеркивал тогда член-корреспондент РАМН, профессор Вадим Репин. – Фактически каждое поколение людей является временным носителем этих «бессмертных ростков» жизни. Ученые нашли способ отделить «бессмертное» от «смертного» в лаборатории и создать банки анонимных бессмертных клеток»…
В общем, недаром сказано: человек – это устройство, превращающее опасения в явь. Остается только подождать. В случае с клонированной овцой Долли вероятность успеха составляла 0,02%.
